Julkaistu 12.1.2023
Kirjoittaja: Benjamin Fuchs
Toimitustyö: Viestintätoimisto Jokiranta Oy
Kuvat: Benjamin Fuchs

 

Pölyttäjähyönteisten määrä ja monimuotoisuus ovat viime vuosikymmenien aikana vähentyneet hälyttävästi Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa sekä myös muualla maailmassa. Tämä koskee luonnonvaraisia hyönteispopulaatioita ja puutarha-, viljely- ja luonnonkasvien pölyttäjinä toimivia kimalaisia (Bombus sp.) sekä tarhamehiläisiä (Apis mellifera). Maankäytön muutokset, maatalous ja torjunta-aineiden käyttö ovat kiistatta suurimpia syyllisiä pölyttäjäkatoon. Taloudelliset seuraukset ovat merkittävät, sillä pölyttäjistä riippuvaisen sadon tuotannon arvo on maailmanlaajuisesti yli 150 miljardia euroa vuosittain. Seuraukset eivät koske pelkästään maatalouden ekosysteemejä, sillä suurin osa kaikista kasvilajeista on eläintenpölytteisiä ja yhteyttävät kasvit ovat kaiken elämän perusta maapallolla.

Ensimmäinen glyfosaatille resistentti viljelykasvi, Roundup Ready -soijapapu, tuli markkinoille vuonna 1996. Siitä lähtien rikkakasvimyrkkyjä kestävien geenimanipuloitujen lajikkeiden viljely on lisääntynyt huimasti. Tämä on puolestaan lisännyt Roundupin ja muiden glyfosaattipohjaisten rikkakasvihävitteiden (GBH) käyttöä. Glyfosaatin patentti vanheni vuonna 2000, ja sen jälkeen GBH-tuotteista on tullut maailman laajimmin käytettyjä torjunta-aineita ja glyfosaattijäämiä löytyy erilaisista kasvuympäristöistä kaikkialla maailmassa. Tutkimushankkeessa selvitämme, millä tavoin glyfosaattipohjaiset rikkakasvihävitteet ja niiden aiheuttama ympäristön saastuminen vaikuttavat pölyttäjien käyttäytymiseen, oppimiseen ja muistiin sekä muihin kognitiivisiin toimintoihin, jotka saattavat myös olla yhteydessä suoliston mikrobistoon.

 

Torjunta-aine heikensi kimalaisten oppimiskykyä

Etsimme vastauksia kysymyksiimme tutkimalla kimalaisyhdyskuntia ja käyttämällä värierottelutehtävää. Erottelutehtävällä saadaan selville, millä tavoin GBH-tuotteet vaikuttavat kimalaisyksilöiden kykyyn oppia ja muistaa värejä. Yksittäiset kimalaiset altistetaan joko torjunta-aine- tai kontrollikäsittelylle. Oppimiskokeessa kimalaiset lentelevät areenalla, missä on erivärisiä "kukkia" eli värilaattoja, joista ne saavat joko sokeriliuosta tai kitkerää kiniiniliuosta. Viisi väriä edustaa palkintoa eli sokeria ja toiset viisi rangaistusta eli kiniiniä.

Koejärjestelyn avulla voidaan havaita eroja torjunta-aineelle altistettujen kimalaisten värien erottelussa ja oppimisessa. Dosentti Marjo Helander Turun yliopiston biologian laitokselta on äskettäin tehnyt yhteistyössä Oulun yliopiston käyttäytymisekologian tutkijan, FT Olli Loukolan kanssa pilottitutkimuksen. Tulosten mukaan altistus sellaiselle rikkakasvimyrkyn (Roundup Gold) annokselle, joka olisi todellisuudessa mahdollinen ruiskutetulla pellolla, heikensi kimalaisten oppimista ja muistamista.

 

Glyfosaatti muuttaa mehiläisten suoliston mikrobistoa

Suoliston mikrobeilla voi olla vaikutusta eläinten aivotoimintaan ja käyttäytymiseen. Suolistomikrobiston ja aivojen välistä kaksisuuntaista yhteyttä eli niin sanotun suoli-aivoakselin roolia on hyönteisillä tutkittu vähemmän kuin selkärankaisilla. Glyfosaatin on osoitettu vaikuttavan mehiläisten mikrobistoon siten, että se vähentää immuunisäätelyyn ja vastustuskykyyn vaikuttavien hyödyllisten bakteerien määrää. Normaalin mikrobiston häiriö johtaa puolestaan kuolleisuuden kasvuun.

Yhä enemmän on tutkimusnäyttöä siitä, että GBH-tuotteet muokkaavat mikrobiston monimuotoisuutta ja koostumusta ja että suoliston mikrobistolla on merkittävä tehtävä isäntäeläimen terveyden ylläpitämisessä. Jotta ymmärtäisimme paremmin glyfosaatin vaikutuksia eläimiin, tarvitsemme enemmän tietoa siitä, miten glyfosaatti muovaa eläinten hyvinvoinnin kannalta olennaista suoliston mikrobistoa.

Kun olemme tutkineet kimalaisten kognitiivista oppimiskäyttäytymistä, analysoimme niiden suoliston mikrobiston koostumusta. Suolistonäytteistä eristetään DNA, ja yhteistyössä Turun yliopiston dosentti Manu Tammisen kanssa arvioidaan mikrobien kokonaismäärä sekä tärkeimpien bakteerien määrä.

 

Rikkakasvimyrkyt vaikuttavat kukkien tuoksuun

Tutkimusryhmämme selvittää kimalaisten kykyä erottaa GBH-tuotteilla käsitellyt (realistinen peltoruiskutuksesta saatava annos) kasvit kontrollikasveista. Tätä varten teemme kokeita Turun yliopiston kasvitieteellisen puutarhan tutkimuskasvihuoneissa sekä pelloilla. Kenttäkokeissa kirjataan kimalaisten käynnit eri tavoin käsitellyissä kasveissa. Kontrolloiduissa kasvihuoneolosuhteissa tehtävät kokeet antavat lisätietoa myös mekanismeista, jotka vaikuttavat glyfosaattipohjaisilla torjunta-aineilla ruiskutettujen kasvien kukkien tuoksuun eli kimalaisten houkutteluun.

Analysoimme myös kasvien tuoksujen kemiallista koostumusta yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston professori James Blanden kanssa, jotta voisimme saada selville, mitkä biokemialliset prosessit mahdollisesti aiheuttavat muutoksia kimalaisten käyttäytymisessä. Kenttäkokeissa selvitetään realistisissa olosuhteissa glyfosaattiruiskutuksen vaikutuksia siihen, mihin kukkiin kimalaisten valinta kohdistuu.

Välittömän ruiskutusvaikutuksen lisäksi GBH-tuotteet kertyvät maaperään kaikkialla maailmassa ja vaikuttavat siten välillisesti kasvien biokemiallisten muutosten kautta hyödyllisiin hyönteisiin ja pölyttäjiin. Vähäisetkin rikkakasvimyrkkyjen pitoisuudet maaperässä voivat muuttaa kukkien tuoksua ja vaikuttaa siihen, miten ne houkuttelevat kukissa vierailevia hyönteisiä. Tämä voi laajassa mittakaavassa vähentää viljelykasvien kukkien houkuttavuutta, jolloin pölyttäjät eivät käy kukissa. Rikkakasvimyrkyt voivat heikentää pölyttäjien kognitiivisia kykyjä, jotka vaikuttavat muistiin ja värierotteluun, ja sitä kautta merkittävästi vaikuttaa pölyttäjäkatoon ja ekosysteemin toimintaan.

Tutkimuksemme tavoitteena on saada kokonaisvaltainen kuva muutoksista, joita tapahtuu kasvien fysiologiassa, pölyttäjien reaktioissa kukkien tuoksuihin sekä pölyttäjien suoliston mikrobeissa, ja sitä kautta saada lisätietoa taustalla vaikuttavista mekanismeista. Tutkimustuloksemme kiinnostavat tiedeyhteisöä, mutta niistä on myös hyötyä silloin, kun tehdään päätöksiä torjunta-aineiden käytöstä maataloudessa, metsänhoidossa, puutarhoissa, virkistysalueilla ja kotipihoilla.

 

 

Dosentti, FT Benjamin Fuchs tutkii maatalouden ekosysteemien kemiallista ekologiaa. Erityisen kiinnostuksen kohteina ovat globaali ihmisen toiminnasta aiheutuva luontokato, siihen vaikuttavat tekijät sekä pölyttäjien ja muiden hyödyllisten hyönteisten tuottamat ekosysteemipalvelut. Vuodesta 2019 lähtien Fuchs on työskennellyt Turun yliopiston biodiversiteettiyksikössä. Hän on rakentanut monitieteisen verkoston, jossa kemistit, mikrobiologit, kasvifysiologit ja ekologit tekevät yhteistyötä ja tutkivat kokonaisvaltaisella otteella ilmastonmuutoksen ja maatalouskemikaalien vaikutuksia kasviekologiaan ja hyönteisten monimuotoisuuteen.

 

 

 

Kirjallisuutta:

Fuchs, B., Saikkonen, K., & Helander, M. (2021). Glyphosate-modulated biosynthesis driving plant defense and species interactions. Trends in Plant Science, 26(4), 312–323.

Helander, M., Lehtonen, T. K., Saikkonen, K., Despains, L., Nyckees, D., Antinoja, A., Solvi, C., & Loukola, O. J. (2023). Field-realistic acute exposure to glyphosate-based herbicide impairs fine-color discrimination in bumblebees. Science of the Total Environment, 857, 159298.

Leino, L., Tall, T., Helander, M., Saloniemi, I., Saikkonen, K., Ruuskanen, S., & Puigbò, P. (2021). Classification of the glyphosate target enzyme (5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase) for assessing sensitivity of organisms to the herbicide. Journal of Hazardous Materials, 408, 124556.

Ruuskanen, S., Fuchs, B., Nissinen, R., Puigbò, P., Rainio, M., Saikkonen, K., & Helander, M. (2023). Ecosystem consequences of herbicides: The role of microbiome. Trends in Ecology & Evolution, online first.

 

Linkkejä:

https://sites.utu.fi/helandersaikkonenlab/news/new-article-on-glyphosate-based-herbicide-effects-on-bumblebees-garners-international-attention/